第2章金属材料组织-4-清华大学-工程材料.ppt

2. 感应加热表面热处理的特点 (1) 感应加热时，钢的奥氏体化在较大的过热度（Ac3以上80 ℃～150 ℃)进行，晶核多，时间短，晶粒细。 (2) 表面层淬得马氏体后, 体积膨胀，表面造成较大的残余压应力, 提高工件的疲劳强度。 (3) 加热速度快，时间短，工件氧化脱碳少。内部未加热，工件的淬火变形小。 (4) 加热温度和淬硬层厚度容易控制。 感应加热表面淬火组织： 表面为马氏体，心部组织不变。 如先经调质处理，心部组织为回火索氏体。 工程应用：用于中碳钢和中碳低合金钢,如45、40Cr、40MnB钢等。用于齿轮、主轴、曲轴等零件的表面硬化，提高耐磨性。 低温回火：淬火后进行180 ℃～200 ℃低温回火。 表面为回火马氏体，降低淬火应力，保持高硬度和高耐磨性。 心部为回火索氏体。保证强韧性。 2.4.5 钢的化学热处理 ?? 化学热处理? 将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表面，改变其化学成分和组织，达到改进表面性能，满足技术要求的热处理过程。 渗碳 氮化 碳氮共渗 渗硫 渗铝 渗铬 一、渗碳  1. 工艺?? 为了增加表层的碳含量和获得一定碳浓度梯度, 钢件在渗碳介质中加热和保温，使碳原子渗入表面的工艺称为渗碳。 气体渗碳炉 气体渗碳装置示意图 低碳钢零件在渗碳炉中，加热到900 ℃～950 ℃，滴入煤油、甲醇等有机液体，或通入煤气、石油液化气，产生活性碳原子。 钢件表面渗碳。表面获得高浓度碳（碳质量分数约1.0%）。 低碳钢渗碳缓冷后的显微组织 低碳钢（20钢）渗碳缓冷后的显微组织 表面 珠光体+二次渗碳体 过渡区 珠光体 心部 珠光体+铁素体 表面 心部 (1) 直接淬火? ? 渗碳温度高, 奥氏体晶粒长大, 淬火后马氏体较粗, 残余奥氏体较多, 耐磨性较低, 变形较大。为了减少淬火时的变形, 渗碳后常将工件预冷到830 ℃～850 ℃后淬火。 2. 渗碳后的热处理 (2) 一次淬火 渗碳缓冷后, 重新加热到临界温度以上保温后淬火。 受载不大但表面性能要求较高的零件, 淬火温度Ac1以上30 ℃～50 ℃, 使表层晶粒细化。 心部组织要求高时，淬火加热温度略高于Ac3。 (3) 低温(150 ℃～200 ℃)回火?? 以消除淬火应力和提高韧性。 3. 钢渗碳、淬火、回火后的组织与性能 组织：表面 回火M(高碳）+碳化物+残余A 心部 回火M(低碳） 性能： (1) 表面硬度高?? 表面硬度58 HRC～64 HRC以上, 耐磨性好； 心部硬度30 HRC～45 HRC，心部强韧。 (2) 疲劳强度高?? ??? 表层体积膨胀大，心部体积膨胀小，表层中造成压应力，零件的疲劳强度提高。 实际应用：20、20Cr、20CrMnTi等低碳钢和低碳合金钢制造的齿轮、轴、销。 二、氮化  氮化? 向钢件表面渗入氮的工艺。 氮化的目的：更大地提高钢件表面的硬度和耐磨性，提高疲劳强度和抗蚀性。 常用的氮化钢有35CrAlA, 38CrMoAlA, 38CrWVAlA等。 1. 工艺 （1）氮化前预处理 材料先进行调质处理，获得回火索氏体组织,改善机加工性能，保证较高的强度和韧性。 形状复杂或精度要求高的零件，精加工后要进行消除内应力退火，以减少氮化时的变形。 38CrMoAl钢氮化工艺曲线图 （2）氮化工艺 目前广泛应用的是气体氮化。氨被加热分解出活性氮原子： 2NH3→3H2+2[N] 氮原子被钢吸收并溶入表面, 在保温过程中向内扩散, 形成渗氮层。温度一般为500 ℃～600 ℃。氮化时间长，一般为20 h～50 h。 2. 组织和性能： ●组织 工件最外层为一白色ε或γ相的氮化物薄层，很脆。常用精磨磨去；中间是暗黑色含氮共析体（α＋γ′）层；心部为原始回火索氏体组织。 Fe-N相图 38CrMoAl钢氮化层显微组织 400倍 ●性能 （1）氮化后硬度很高 (1000 HV～1100 HV), 在600 ℃～650 ℃不下降